[發明專利]一種殼核結構的碳包覆鐵基納米晶合金復合粉體電磁波吸收劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110594303.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113333743B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李艷輝;張偉;石常路
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B22F1/05
• 分類號: B22F1/05;B22F1/16;B22F9/04;B22F9/08;H05K9/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王思宇;李洪福

本發明提供一種殼核結構的碳包覆鐵基納米晶合金復合粉體電磁波吸收劑：粉體平均粒徑為3～10微米；核心部納米晶合金為非晶和α?Fe的復合組織，合金成分為Fe_bal.Si_aB_b，Si、B的原子百分比含量均為3～15，Fe為余量；殼層部為非晶C，占復合粉體的重量百分比含量為5～25。還提供一種該復合粉體的制備方法：首先通過球磨法分別制備Fe基納米晶合金粉和C粉，然后將二者混合后球磨獲得復合粉體。該復合粉體可實現磁導率與介電常數間良好的阻抗匹配，在8～18GHz頻率范圍內具有強電磁波吸收能力，并兼制備工藝簡單、密度低、吸波層厚度薄等優點，解決了現有吸波材料綜合性能差或制備工藝復雜的不足。

技術領域

本發明涉及新材料技術領域，具體而言，尤其涉及一種殼核結構的碳包覆鐵基納米晶合金復合粉體電磁波吸收劑及其制備方法。

背景技術

隨著電子設備向微型化、集成化和高頻化方向發展，加之新一代無線通訊、無線充電等技術的普及和雷達探測技術的進步，頻率在GHz范圍內的高頻電磁波在民用和軍事領域中的使用越來越多。由此帶來的電磁波輻射和干擾已成為繼水污染、大氣污染和噪聲污染之后新的污染源。電磁波輻射和干擾不僅對電子設備、精密儀表、通訊信號等產生很大的干擾，還會對人類的健康造成影響。研制出高性能電磁波屏蔽材料或電磁波吸收材料，克服電磁波輻射和干擾帶來的危害，具有重要意義和價值。

鐵基納米晶軟磁合金因其高的飽和磁化強度和高頻磁導率在GHz頻段電磁波吸收領域中具有廣闊的應用前景，但其僅存在單一的磁損耗、密度大、易腐蝕，難以達到現代高性能吸波材料的綜合要求。具有良好介電損耗特性的石墨等碳材料密度低、耐高溫和腐蝕，但單一的碳材料也存在吸波頻率范圍窄、吸波強度低的不足。將鐵基納米晶合金和碳材料進行復合改性，有望發揮磁損耗-介電損耗的協同效應，并且在提升吸波性能的同時降低吸波劑密度，提高穩定性。

碳材料與磁性合金通常以簡單摻混、疊層、殼核或膠囊形式復合。Chuai等[ComposPart A89(2016)33]首先采用氣霧化法制備出Fe_0.2P_0.05C_0.45B_0.3非晶粉末，再通過球磨將非晶粉與石墨烯混合獲得復合粉體，其最小反射損耗(RL_min)為-45.3dB，但有效吸收帶寬(Δf_RL-10dB)，即反射損耗(RL)低于-10dB的頻率范圍僅為5.4GHz，吸波涂層的厚度達2.0mm。簡單摻混復合很難達到對合金表面改性的目的，而且摻混過程中粉體會發生團聚。袁俊[華中科技大學碩士學位論文2012]將鐵基磁粉與二氧化鈦摻混后發現其吸波性能改善并不明顯，且二氧化鈦有明顯團聚現象。以磁性合金為核心、碳材料為殼的核殼結構復合吸波劑不僅可以實現磁/介電損耗互補、核殼之間異質界面產生界面極化效應而改善吸波性能，還可以提高材料的耐腐蝕和抗氧化性能。此外，還可通過改變核心與殼層的比例、微觀形貌和空間位置等方式實現吸波性能的調控。目前，殼核型電磁波吸收劑常用水/溶劑熱法、化學鍍/電鍍法、電弧法及溶膠-凝膠法等工藝制備。Lv等[ACS Appl Mater Inter8(2015)4744]通過水熱反應法合成了Fe₂O₃@CoFe₂O₄復合物，其在涂層厚度為2mm、頻率為16.5GHz處獲得RL_min為-60dB，Δf_RL-10dB為5GHz。Kuang等[Mater Res Bull 126(2020)110837]采用化學氣相沉積制備出超細FeNi-C核殼納米粒子，在涂層厚度為2.2mm時，RL_min為-63.7dB，Δf_RL-10dB為6.5GHz。Zhang等[Appl.Phys.Lett.89(2006)053115]采用電弧等離子體法合成Ni@C納米粒子，其在13GHz下具有RL_min為-32dB，Δf_RL-10dB為4.3GHz。盡管上述核殼型電磁波吸收劑表現出良好吸波性能，但制備多限于實驗室中進行，工藝復雜，生產效率較低，難以適用于大規模的工業化生產。因此，發明一種具有優異綜合吸波性能、制備工藝簡單高效的電磁波吸收劑具有重要意義。